恒源云_attention decoder效果不佳时如何应对

Posted 2022-02-13 AI酱油君

文章来源 | 恒源云社区

原文地址 | ECCV 2020

原文作者 | 学习cv的小何

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背景：

通常STR识别论文中的实验数据集来自真实街景图片，其中包含大量语义信息。那么在decode时利用attention机制的decoder往往可以很好地利用这些语义信息，从而避免将apple预测成0pple的情况。然而实际项目中并不一定都是语义信息丰富的文本图片，遇到随机字符的组合或者弱语义文本识别，经典识别方法可能出现错误的预测结果。

通常对于这种情况，我的习惯是使用CTC解码器。而今天介绍一篇来自商汤团队ECCV2020的文本识别论文《RobustScanner- Dynamically Enhancing Positional Clues for Robust Text Recognition》，提出了一种增强位置信息的方法，来解决这一问题。

动机：

作者发现目前的STR识别模型对于没有语义信息或者弱语义信息的文本识别效果不佳。而随后实验发现，基于attention的解码器中，对于不同的文本串每个time step的隐含状态（ht-即attention中的query）在同一个位置相似度很高，说明h编码了字符的位置信息。同时时序模型得到的h隐含状态，往往包含一定的语义信息。但实验发现随着文本串的长度增加，相邻h之间的余弦相似度变得越来越大，说明随着语义信息的增加（时间序列越靠后，积累的语义信息越多），这种位置信息反而降低了。因此作者认为面对没有多少语义信息的文本串，有必要尝试增加位置信息，降低过强语义信息导致atten并未准确定位到当前字符特征。最终实验证明，除了常规的数据集外，对于随机字符生成的数据集，本文的方法仍然可以较好识别文字。

缺点：

对于语义信息较强的文本串，该方案可能会低于单纯依赖语义信息的atten解码器。实验结果显示，在SVT和SVTP上效果较差，原因在于这两个街道场景数据集中存在大量模糊字符，而它们的数据大多为有语义的单词，这种情况下通过语义进行猜测远比准确定位字符位置更为重要。

贡献：

解码器包含位置增强模块和经典的解码模块
设计动态融合模块来合并 两个解码器的输出。

方案介绍：

经典的识别模型结构：CNN encoder + hybrid branch decoder
RobustScanner：增加了position enhancement branch，增强query中的位置信息特征。最后将两个分支的输出gt和g’t 利用动态融合模块进行融合处理

下面具体介绍这两个模块

一、position enhancement branch

由position embedding layer、attention module、position aware module组成

1、position embedding layer 位置编码层

将当前的time step对应步数作为输入，得到位置编码向量。embedding层，输入one-hot向量，输出embedding向量。

作者对比了embedding层编码（可学习）和transformer中的三角函数position编码（不可学习）方式的表现，如下：

2、position aware module 位置模块

对编码器的输出特征进行增强，使其可以编码丰富的位置信息。虽然position embedding layer对文本中字符的index做了编码，但要想在encoder输出的feature map上准确定位第t个字符还是很困难。这需要全局信息。因为CNN的感受野有限，而且确定字符的index需要准确理解文本序列的方向、形状，因此作者选择两层单向LSTM，对feature map的每一行进行处理，使得输出可以编码位置信息。输出是attention module的key。

结构是双层单向LSTM，33conv + relu + 33conv

二、Dynamically-Fusing Module

结构如上图b。
融合方法方面，作者对比了concate和element-wise add。结果如下，动态融合效果最好